Längdkontraktion hänvisar till ett fenomen där ett objekt uppfattas som kortare längs dimensionen av dess rörelse av en observatör när objektet är i rörelse i förhållande till den observatören. Det kallas också Lorentz-kontraktion eller Lorentz-Fitzgerald-kontraktion, efter fysikerna Hendrik Lorentz och George Fitzgerald. Ju snabbare ett föremål rör sig i förhållande till betraktaren, desto mer kommer det att dra ihop sig ur observatörens perspektiv. Denna effekt är så liten att den är försumbar vid hastigheter som människor sannolikt kommer att möta i det dagliga livet, men i föremål som rör sig med en avsevärd bråkdel av ljusets hastighet blir den mer märkbar.
Fenomenet längdkontraktion är en konsekvens av speciell relativitet. Enligt relativitetsteorin är ljusets hastighet i vakuum (ungefär 300,000 186,000 kilometer, eller XNUMX XNUMX miles per sekund), eller c, alltid konstant för alla observatörer. Kontraintuitivt förblir detta fallet för ljus som sänds ut från en källa som rör sig från en observatörs perspektiv.
Anta att ett föremål skjuts upp i färdriktningen från ett rymdskepp som rör sig med 5 kilometer per sekund (KPS) i förhållande till jorden, och driver det bort från skeppet med 1 KPS. En observatör i skeppet kommer att uppfatta det som att det rör sig iväg med 1 KPS, medan en observatör på jorden kommer att uppfatta det röra sig med 6 KPS. Om ett externt ljus på fartyget tänds, kommer observatören i fartyget att upptäcka ljuset som rör sig bort från fartyget vid c, men observatören på jorden kommer också att uppfatta ljuset som rör sig vid c, inte c plus fartygets hastighet .
Resultatet är att det exakta ögonblicket då fartygets ljus når en given plats kommer att variera för olika observatörer beroende på deras hastighet i förhållande till rymdskeppet. Följaktligen kommer de att vara oense om vilka andra händelser som inträffade i samma ögonblick. Detta kallas simultanitetens relativitet.
Hur detta relaterar till ett objekts detekterade längd förklaras vanligtvis i följande tankeexperiment. Föreställ dig en rad synkroniserade klockor, där varje klocka kan mäta när vänster och höger ände av ett rörligt föremål passerar framför den. Efter att ett objekt rört sig förbi raden av klockor kan en observatör bestämma dess längd genom att beräkna avståndet två klockor måste vara från varandra för att objektets högra ände ska nå en klocka i samma ögonblick som den vänstra änden når den andra klocka.
Två observatörer som delar en referensram kommer överens om längden. Eftersom mätningen baseras på vilka händelser som inträffar samtidigt, kommer observatörer i rörelse i förhållande till varandra dock inte att komma överens om längden. Ju högre hastighet en observatör har i förhållande till klockorna, desto mer kommer deras mätningar att skilja sig från dem hos en observatör i vila i förhållande till dem.
Effekten av längdsammandragning växer vid högre hastigheter. Ett föremål som rör sig 0.05c (5 procent av ljusets hastighet), cirka 14,990 9,314 kilometer (99.87 97.79 miles) per sekund, kommer att tyckas vara mycket lite förkortat till en stationär observatör – cirka 0.2 procent av dess längd i vila om det är orienterat parallellt till linjen för dess rörelse. Längden som observatören sett drar ihop sig till 91.65 procent av dess längd i vila vid 0.4c, 71.41 procent vid 0.7c och 0.9 procent vid 43.58c. Vid 0.999c minskar objektets detekterade längd till 4.47 procent, och vid XNUMXc drar den ihop sig till endast XNUMX procent. Närmare c blir sammandragningen ännu mer extrem, även om längden aldrig drar ihop sig till noll.
Om det finns en observatör som färdas med föremålet, uppfattar denna observatör inte föremålet som sammandragande eftersom, ur hans eller hennes perspektiv, objektets relativa hastighet är noll. I den observatörens referensram är objektet stationärt medan resten av universum är i rörelse i förhållande till observatören, så ur den observatörens perspektiv är det resten av universum som drar ihop sig.
Förändringen i den uppmätta längden av ett föremål som genomgår längdsammandragning skiljer sig från hur föremålet faktiskt skulle se ut visuellt, sett av det mänskliga ögat eller en kamera, eftersom ett föremål som rör sig tillräckligt snabbt för att producera märkbar längdsammandragning rör sig med en betydande procentandel av hastigheten på sitt eget ljus. Vid sådana hastigheter kommer fotoner som emitteras från olika delar av objektet samtidigt att nå observatören vid avsevärt olika tidpunkter, vilket förvränger objektets visuella utseende. Således skulle ett föremål som rör sig mot en observatör med hög hastighet förvrängas så att det faktiskt skulle verka längre för visuell inspektion trots längdsammandragning. Ett föremål som rör sig bort från observatören skulle se kortare ut på grund av samma tidsfördröjningseffekt, ovanpå den faktiska längdsammandragningen, och ett föremål som går förbi observatören verkar vara snett eller roterat.